病毒是个什么玩意儿

刘继军 暮色苍茫

病毒的数量与大小

一个体重70千克的人，全身有30万亿个细胞，其中84%是血液红细胞。生物学家却说病毒比细胞还多，难道我们身体的大部分是病毒？当然不是，因为数量并不代表体量。虽然人体细胞已经小到人眼看不见，但比细胞小得多的东西，还真有不少，比如细菌。我们每个人体内至少有38万亿个细菌，比人体细胞还多。但是，这些细菌的总重量，只占我们体重的1%～3%。这就是说，平均来看人体细菌比细胞小几十倍到上百倍。

病毒，直径一般不超过100纳米。人体最小的细胞—初始淋巴细胞直径也有6000纳米；最大的细胞—卵细胞为10万纳米。病毒和它们相比，根本不在一个数量级上。要是论体积，病毒与人体细胞的差距就更大了。不同病毒之间的“体型”差距也相当大：最大的是潘多拉病毒，直径1000纳米；最小的是口蹄疫病毒，直径只有10纳米。这次席卷全球的新型冠状病毒，直径是60～140纳米。

假设病毒的平均直径是100纳米，那么你身藏的380万亿个病毒，捏在一起只有0.38立方厘米，相当于两颗黄豆大小。说到这，爱搓澡的人可能长舒了一口气：“这不就是搓回澡的量吗？洗洗就干净啦！”其实不然。这380万亿个病毒会广泛分布在人体内外，皮肤表面只是一小部分而已，并且就算刚洗过澡，病毒也不会从皮肤上彻底消失。但是我们这“病毒之身”其实并不可怕，人体是一个生态系统，细菌、病毒、人体细胞，它们在多数情况下，就像一片森林里的花鸟虫、虎狼鹿，它们日日夜夜，相爱相杀，维持整体上的生态平衡，保持整片森林的勃勃生机。

病毒与细胞的相爱相杀

人类早就知道，人体离不开微生物，比如肠道菌群可以为我们分解食物、合成氨基酸和维生素、调节代谢、对抗病原体、建立免疫系统……哪一项都是性命攸关。

那么病毒呢？我们似乎只知道它们的坏处。至于对人体有啥益处，科学家目前的研究水平，可以说处于“万里长征前编草鞋”的阶段。2018年，《细菌学》上的一篇论文介绍：美国芝加哥洛约拉大学的研究者凯瑟琳·浦桐提及其团队，分析了181位女性患者的尿液病毒组，发现了人体尿道可能共有某些“功能性噬菌体”。注意，论文提到了“功能性”。这项研究得到了一些专家的认同，英国曼彻斯特大学的微生物学家杰姆斯表示：它们可以将噬菌体序列与细菌宿主关联在一起。华盛顿大学人体微生物和病毒组专家克瑞斯汀·怀利认为：“这是发现了微生物微环境中病毒群体所造成的潜在影响。”这个研究到底有啥用呢？怀利说：“了解作用前，我们得搞清楚到底有什么。”也就是说，我们连自己身体里有什么病毒都不清楚，就别提作用了。不过，现在我们至少知道，那个叫“噬菌体”的病毒，一定在我们体内。噬菌体是什么呢？一看名字，就知道这家伙是专门搞细菌的。怎么搞呢？我们先看看它的样子。

请看图1，是不是感觉噬菌体长得很科幻？对人类来讲，噬菌体就是名副其实的“纳米机器人”。它搞细菌的手段是：站到细菌身上，给细菌打一针，把自己的DNA（脱氧核糖核酸）注射到细菌体内，好让细菌替自己“造娃”（如图2）。

人类研究纳米技术多年，也尚未造出这么精巧的纳米机器人。所以，噬菌体给我们的感觉是，太高精尖了，充满未来感。但事实上恰恰相反，在生物界，病毒很低级，不仅是噬菌体，而是各种病毒都很低级。为什么这么说呢？难道就因为它们功能单一、结构简单？是的。结构决定了功能。

把细胞放大，我们会发现，它就是一座城市：10万种蛋白质分子各司其职，进口商、边防海关、仓储集散、能源保障、物資运输、加工制造、安保军警应有尽有，生产效率极高。比如，能量ATP生产：每个细胞每分钟大约可以形成1000万个ATP。1000万个是什么概念呢？2019年全中国的口罩厂平均每天（注意是每天，24小时，1440分钟）可以制造口罩2000万只。这个生产力与每分钟能生产1000万个ATP的细胞相比则相形见绌。一个成年人体内每天合成的ATP，相当于自身体重，而且材料可以重复利用，细胞用掉ATP，拆成ADP和Pi后，很快就会被重新装成ATP，每天要被重复利用1000～1500次。ATP只是细胞的基础能源而已，细胞以它为动力，执行“DNA.exe”程序，制造几万种蛋白质以及其他各种产品，维持生命运转。所以，目前人类制造的任何高精尖产品，包括芯片、机器人、火星探测器……在细胞面前，都是简陋、低效的。

现在回头看看噬菌体，是不是挺寒碜？根本就谈不上高精尖。一个单细胞生物，可以自己生活、繁衍。给一片天地，它可以生出一个王国。所以，细胞是生物体基本的结构和功能单位，但是病毒就没办法靠自己生活。它们不会动，不会吃，也不能繁殖，听上去和打气筒、自行车差不多，根本不像生命。但是，它们想复制自己，传宗接代，并且可以利用其他生物轻松实现这一伟大目的。所以，我们只能承认病毒是一种生物，是一种非细胞生命形态。

病毒想繁殖下一代，手段只有一个：靠细胞。具体手段，就是想办法把自己的“DNA. exe”、“RNA.exe”执行程序植入细胞，让细胞执行自己的指令，指挥各种蛋白质机器，利用细胞里的资源来复制自己，最后造成细胞凋亡，病毒复制品冲出细胞壁，播向世界。这个“鸡贼”手法，是不是很眼熟？是的，计算机病毒程序（一种通过大量复制令计算机失灵的程序）也是这么操作的。简陋的病毒，生活、繁衍都仰仗一个比自己高级得多的操作系统（细胞）。所有病毒都是靠入侵细胞、复制和传播自己而存在的。

但是，如果细胞只默默承受这一切，那早就被病毒消灭了。细胞并没有任病毒宰割，它也有对付病毒的办法—变异。细胞复制自己，会出错，这就是变异。通过变异，有些细胞就变得让现有病毒没空子可钻了。于是，容易感染病毒的细胞慢慢凋亡了，不容易感染病毒的细胞则活了下去。细胞复制自己会出错，复制病毒当然也会出错—也就是说，病毒也会变异。于是，能骗进新细胞的病毒才可以继续传播。魔高一尺，道高一丈。在这场几十亿年的攻防战和军备竞赛中，双方不断升级改造，结果是：细胞的免疫功能越来越多、越来越强大；病毒变异种类越来越复杂，入侵手段也越来越“鸡贼”。

病毒种类知多少

病毒到底有多少种？人类肯定不知道。因为，病毒变异得太快，比如，每年的流感病毒都不一样。这就是为什么病毒感染一般都“无药可治”。杀灭病毒的主力永远是细胞免疫系统。人类治疗病毒感染的手段，主要是支持人体战胜病毒。

病毒变异这么快，不是因为它们危机感和创新意识强，而是因为它们基数太大、复制太快。一个B型流感病毒只要成功侵入人体的一个细胞，就能“3D打印”5000个副本。这个细胞被消灭后，5000个病毒副本又会感染新的细胞—这个速度从这个病毒刚刚接触细胞壁时算起，大概一天可以感染50万个细胞。损失这50万个细胞，对你来讲不算事儿，这时候的你连咳嗽都还没开始呢！但是，此时你体内的病毒副本数已经达到了25亿（50万×5000=25亿）。

就算DNA复制的错误率只有亿分之一，这批副本也会有25个错误。幸亏这些错误对基因来讲，绝大多数是不好的或者无关紧要的。也就是说，出错的副本要么没什么变化，要么多数是残次品。但是由于基数太庞大了，总有些错误误打误撞地弄出某个新的攻克细胞的功能，从而被遗传了下来，所谓技术积累，聚沙成塔。这就是病毒快速变异、迭代，欺骗手法看起来越来越刁钻、机智的原因。病毒在变异中不只骗术升级，还会分化成不同的“兵种”。比如，有的病毒只感染植物，有的只感染动物。兵种不同，装备也不同。刚才提到的噬菌体，它的主要结构就是一条DNA，装在一个蛋白质外壳里；还有一些病毒的蛋白质外壳里装的不是DNA，而是 RNA。

DNA和RNA都是遺传信息，也就是生命工厂运行程序。DNA是脱氧核糖核酸，相当于完整的软件。像噬菌体那样的DNA病毒，它的目标就是要侵入细胞核，取代细胞的DNA，来调动整个“细胞城”，为己所用。RNA是核糖核酸，是从DNA上转录的片段，相当于软件中的组件。RNA病毒不用取代细胞的DNA，它只要进入细胞，就能指挥蛋白质机器，来打造自己的副本。当年名噪一时的冠状病毒SARS，就是最大的一种RNA病毒。这次来势汹汹的新型冠状病毒和SARS有一定亲缘关系。还有一种RNA病毒，它们有把自己的RNA变成DNA的本领。DNA变成RNA叫转录，RNA变成DNA自然就叫逆转录了。这些病毒就被称为逆转录病毒，其代表病毒就是大名鼎鼎的艾滋病病毒。这些病毒为什么要逆转录？因为它们可以把逆转录形成的DNA整合到细胞的染色体里，从而在细胞里面潜伏下来，以逃避免疫系统的追捕，一旦时机成熟，它们就可以复活，用DNA制造RNA，再制造病毒蛋白质。

一般来说，病毒主要分两种类型，蛋白质壳里包着组装自己的指令：要么是“DNA. exe”，要么是“RNA. exe”，简单粗暴。但是，生物界永远不会有那么明确的边界。有一种更简陋的病毒，叫类病毒，它连蛋白质外壳都没有，只是一个环状的RNA链，但它能让植物细胞拷贝自己。还有一种更奇葩的病毒，叫朊病毒。这种病毒居然没有DNA，也没有RNA。也就是说，它没有任何遗传信息。它只是一小团蛋白质，却可以入侵动物细胞，复制自己。那朊病毒用什么指挥细胞机器，复制自己呢？答案居然是目前还不知道！

对人类来讲，我们可能只是掀开了微生物世界大幕的一角。即使如此，人类掌握的病毒知识，还是非常丰富的，一篇短文无法言及万一。朋友们如有兴趣，可以继续关注本系列的后续文章。